CN108231305A - 一种外绕簧式镍电阻敏感元件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外绕簧式镍电阻敏感元件，包括螺母(1)、端盖(2)、骨架(3)、连接杆(4)、安装座(5)、镀银铜线(6)、接线柱(7)、镍丝(8)和锰铜丝(9)。还涉及一种制作外绕簧式镍电阻敏感元件的方法。本发明有效解决了铂电阻敏感元件电阻温度系数及灵敏度偏低的问题，通过在锯齿形骨架上绕制螺旋状镍丝，相对于薄膜式镍电阻，热容量大，自热误差小，具有高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机大气温度和燃滑油温度的测量。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而可取代传统的铂电阻敏感元件,运用到民用产品中。
Description
技术领域
本发明涉及一种外绕簧式镍电阻敏感元件及其制作方法，属热电器件的制造技术领域。
背景技术
热电阻传感器具有测温范围大、准确度高、性能稳定、重复性好等特点，是一种比较理想的温度检测元件，在航空发动机上被广泛应用于大气温度、燃滑油温度的测量。纯金属或稀合金电阻温度系数大，电阻－温度特性曲线复现性好，是电阻温度传感器的理想材料，其中Pt、Ni等过渡族金属电阻率较大，加工性能好，常被用作电阻温度传感器材料。根据各自特点，它们所使用的环境及温度范围有所不同，一般而言，铂电阻具有测温精度高、化学性能稳定可靠、测温范围宽的特点，可作为标准电阻温度计使用。
但对于工业应用来说，特别是在较低的温度条件下，镍电阻可以部分代替铂电阻，具有广泛的应用前景。与铂电阻相比，镍电阻具有较高的电阻温度系数，比铂电阻高出50％以上，灵敏度较高，在一般情况下镍丝的化学性能也比较稳定，与氧、氯等元素不起作用，镍丝还能在表面生成一层致密的氧化镍，具有保护作用。镍丝的可焊性好，同时价格低廉。在200℃以下，镍的电阻温度特性线性度较好，因此机载电阻传感器在200℃以下较多采用镍电阻。
目前，镍电阻中常用的为薄膜式镍电阻，薄膜式镍电阻采用的是薄膜技术、微细加工技术生产的敏感元件，因此具有体积小、热容小、动态响应快等优点，但由于薄膜式镍电阻体积小、热容小，自热现象表现十分明显，影响测量误差。传统镍电阻敏感元件在铜制骨架上绕制漆包镍丝，受镍丝漆包层耐温影响，敏感元件测温较低。
发明内容
本发明的目的是：鉴于现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种自热小、耐温高的外绕簧式镍电阻敏感元件及其制作方法。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种外绕簧式镍电阻敏感元件，包括螺母1、端盖2、骨架3、连接杆4、安装座5、镀银铜线6、接线柱7、镍丝8和锰铜丝9。
安装座5为一旋转体，一端中央设有一个螺纹孔，外部设有缺口，另一端设有两个螺纹孔，安装座5中部设有凹槽和与三个螺纹孔相贯通的光孔，两个接线柱7均为一端带有外螺纹的空心旋转体，两个接线柱7分别与安装座5另一端的两个螺纹孔连接；端盖2为外部设有缺口，中央具有内孔的空心旋转体，骨架3为锯齿状的空心旋转体，两端分别与端盖2、安装座5连接，接触部分涂抹粘接剂固定；连接杆4为两端带有外螺纹的旋转体，且一端设有内孔，连接杆4设有内孔的一端与安装座5螺纹连接，另一端穿过端盖2内孔与螺母1螺纹连接；镀银铜线6一端与连接杆4内孔焊接，另一端穿过安装座5的光孔与一个接线柱7焊接连接；骨架3的锯齿段绕有镍丝8，镍丝8一端穿过端盖2的缺口与连接杆4端部焊接，另一端与锰铜丝9的一端在安装座5的缺口处焊接；锰铜丝9绕制在安装座5的凹槽上，另一端穿过安装座5的缺口与另一个接线柱7焊接。
所述螺母1的材料为黄铜。
所述骨架3的材料为硬铝，表面涂有绝缘漆。
所述端盖2的材料为树脂，连接时端盖2的缺口与骨架3的螺旋起始处对准，便于镍丝8引出。
所述连接杆4的材料为黄铜。
所述安装座5的材料为树脂。
所述接线柱7的材料为黄铜。
所述镍丝8不带漆包层，外形为螺旋状。
骨架3绕制镍丝8和锰铜丝9后，表面涂一层绝缘涂料，用于固定镍丝8和锰铜丝9。
一种制作上述外绕簧式镍电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将两个接线柱7分别拧入安装座5的螺纹孔；将镀银铜线6的一端与连接杆4内孔焊接固定，将连接杆4拧入安装座5的螺纹孔，镀银铜线6另一端穿过安装座5的光孔与一个接线柱7焊接固定；
步骤2：将骨架3螺旋起始处与端盖2的缺口的对准，并压入端盖2，压前在接触部分涂抹粘接剂；将骨架3另一端套入安装座5的左端，套入前在接触部分涂抹粘接剂；将连接杆4另一端穿过端盖2内孔，并通过螺母1拧紧；
步骤3：将螺旋状的镍丝8一端焊接在伸出螺母1的连接杆4端部上，镍丝8穿过端盖2的缺口绕制在骨架3的锯齿段上；
步骤4：将步骤3绕好的组件在180℃保温20小时，进行退火处理，以消除内应力的影响；
步骤5：测量步骤4退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni－R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，得到R0Ni＝(R100－R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；R0Ni为敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值，计算出R0Ni后，调试组件中的镍丝8使其在0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤6：在安装座5的凹槽上绕制锰铜丝9，根据RMn＝R0－R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝9使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝9一端在安装座5的缺口处与镍丝8焊接，另一端穿过安装座5的缺口后与另一个接线柱7焊接固定；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0；为稳定精度，将步骤6获得的绕丝组件进行－55℃～180℃的温度循环处理，共进行5个循环，在每个循环的－55℃和180℃上各保持1小时；在绕有镍丝8和锰铜丝9的骨架3表面涂一层绝缘涂料并固化，以获得所述的外绕簧式镍电阻敏感元件。
有益效果：
本发明有效解决了铂电阻敏感元件电阻温度系数及灵敏度偏低的问题，通过在锯齿形骨架上绕制螺旋状镍丝，相对于薄膜式镍电阻，热容量大，自热误差小，具有高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机大气温度和燃滑油温度的测量。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明可取代传统的铂电阻敏感元件，运用到民用产品中。
附图说明
图1是本发明中敏感元件绕丝前的结构示意图。
图2是本发明中敏感元件绕丝后的结构示意图。
图1－2中，1为螺母，2为端盖，3为骨架，4为连接杆，5为安装座，6为镀银铜线，7为接线柱，8为镍丝，9为锰铜丝。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1－2所示，本发明的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，包括螺母1、端盖2、骨架3、连接杆4、安装座5、镀银铜线6、接线柱7、镍丝8和锰铜丝9。
安装座5为一旋转体，一端中央设有一个螺纹孔，外部设有缺口，另一端设有两个螺纹孔，安装座5中部设有凹槽和与三个螺纹孔相贯通的光孔，两个接线柱7均为一端带有外螺纹的空心旋转体，两个接线柱7分别与安装座5另一端的两个螺纹孔连接；端盖2为外部设有缺口，中央具有内孔的空心旋转体，骨架3为锯齿状的空心旋转体，两端分别与端盖2、安装座5连接，接触部分涂抹粘接剂固定；连接杆4为两端带有外螺纹的旋转体，且一端设有内孔，连接杆4设有内孔的一端与安装座5螺纹连接，另一端穿过端盖2内孔与螺母1螺纹连接；镀银铜线6一端与连接杆4内孔焊接，另一端穿过安装座5的光孔与一个接线柱7焊接连接；骨架3的锯齿段绕有镍丝8，镍丝8一端穿过端盖2的缺口与连接杆4端部焊接，另一端与锰铜丝9的一端在安装座5的缺口处焊接；锰铜丝9绕制在安装座5的凹槽上，另一端穿过安装座5的缺口与另一个接线柱7焊接。
所述螺母1的材料为黄铜。
所述骨架3的材料为硬铝，表面涂有绝缘漆。
所述端盖2的材料为树脂，连接时端盖2的缺口与骨架3的螺旋起始处对准，便于镍丝8引出。
所述连接杆4的材料为黄铜。
所述安装座5的材料为树脂。
所述接线柱7的材料为黄铜。
所述镍丝8不带漆包层，外形为螺旋状。
骨架3绕制镍丝8和锰铜丝9后，表面涂一层绝缘涂料，用于固定镍丝8和锰铜丝9。
本发明的一种制作上述外绕簧式镍电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将两个接线柱7分别拧入安装座5的螺纹孔；将镀银铜线6的一端与连接杆4内孔焊接固定，将连接杆4拧入安装座5的螺纹孔，镀银铜线6另一端穿过安装座5的光孔与一个接线柱7焊接固定；
步骤2：将骨架3螺旋起始处与端盖2的缺口的对准，并压入端盖2，压前在接触部分涂抹粘接剂；将骨架3另一端套入安装座5的左端，套入前在接触部分涂抹粘接剂；将连接杆4另一端穿过端盖2内孔，并通过螺母1拧紧；
步骤3：将螺旋状的镍丝8一端焊接在伸出螺母1的连接杆4端部上，镍丝8穿过端盖2的缺口绕制在骨架3的锯齿段上；
步骤4：将步骤3绕好的组件在180℃保温20小时，进行退火处理，以消除内应力的影响；
步骤5：测量步骤4退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和
R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni－R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，得到R0Ni＝(R100－R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；R0Ni为敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值，计算出R0Ni后，调试组件中的镍丝8使其在0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤6：在安装座5的凹槽上绕制锰铜丝9，根据RMn＝R0－R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝9使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝9一端在安装座5的缺口处与镍丝8焊接，另一端穿过安装座5的缺口后与另一个接线柱7焊接固定；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0；为稳定精度，将步骤6获得的绕丝组件进行－55℃～180℃的温度循环处理，共进行5个循环，在每个循环的－55℃和180℃上各保持1小时；在绕有镍丝8和锰铜丝9的骨架3表面涂一层绝缘涂料并固化，以获得所述的外绕簧式镍电阻敏感元件。
Claims (10)
1.一种外绕簧式镍电阻敏感元件，包括螺母(1)、端盖(2)、骨架(3)、连接杆(4)、安装座(5)、镀银铜线(6)、接线柱(7)、镍丝(8)和锰铜丝(9)；
其中，安装座(5)为一旋转体，一端中央设有一个螺纹孔，外部设有缺口，另一端设有两个螺纹孔，安装座(5)中部设有凹槽和与三个螺纹孔相贯通的光孔，两个接线柱(7)均为一端带有外螺纹的空心旋转体，两个接线柱(7)分别与安装座(5)另一端的两个螺纹孔连接；端盖(2)为外部设有缺口，中央具有内孔的空心旋转体，骨架(3)为锯齿状的空心旋转体，两端分别与端盖(2)、安装座(5)连接，接触部分涂抹粘接剂固定；连接杆(4)为两端带有外螺纹的旋转体，且一端设有内孔，连接杆(4)设有内孔的一端与安装座(5)螺纹连接，另一端穿过端盖(2)内孔与螺母(1)螺纹连接；镀银铜线(6)一端与连接杆(4)内孔焊接，另一端穿过安装座(5)的光孔与一个接线柱(7)焊接连接；骨架(3)的锯齿段绕有镍丝(8)，镍丝(8)一端穿过端盖(2)的缺口与连接杆(4)端部焊接，另一端与锰铜丝(9)的一端在安装座(5)的缺口处焊接；锰铜丝(9)绕制在安装座(5)的凹槽上，另一端穿过安装座(5)的缺口与另一个接线柱(7)焊接。
2.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述螺母(1)的材料为黄铜。
3.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述骨架(3)的材料为硬铝，表面涂有绝缘漆。
4.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述端盖(2)的材料为树脂，连接时端盖(2)的缺口与骨架(3)的螺旋起始处对准，便于镍丝(8)引出。
5.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述连接杆(4)的材料为黄铜。
6.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述安装座(5)的材料为树脂。
7.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述接线柱(7)的材料为黄铜。
8.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，所述镍丝(8)不带漆包层，外形为螺旋状。
9.如权利要求1所述的一种外绕簧式镍电阻敏感元件，其特征在于，骨架(3)绕制镍丝(8)和锰铜丝(9)后，表面涂一层绝缘涂料，用于固定镍丝(8)和锰铜丝(9)。
10.一种制作如权利要求1-9中任一项所述外绕簧式镍电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将两个接线柱(7)分别拧入安装座(5)的螺纹孔；将镀银铜线(6)的一端与连接杆(4)内孔焊接固定，将连接杆(4)拧入安装座(5)的螺纹孔，镀银铜线(6)另一端穿过安装座(5)的光孔与一个接线柱(7)焊接固定；
步骤2：将骨架(3)螺旋起始处与端盖(2)的缺口的对准，并压入端盖(2)，压前在接触部分涂抹粘接剂；将骨架(3)另一端套入安装座(5)的左端，套入前在接触部分涂抹粘接剂；将连接杆(4)另一端穿过端盖(2)内孔，并通过螺母(1)拧紧；
步骤3：将螺旋状的镍丝(8)一端焊接在伸出螺母(1)的连接杆(4)端部上，镍丝(8)穿过端盖(2)的缺口绕制在骨架(3)的锯齿段上；
步骤4：将步骤3绕好的组件在180℃保温20小时，进行退火处理，以消除内应力的影响；
步骤5：测量步骤4退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和
R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni-R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，得到R0Ni＝(R100-R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；R0Ni为敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值，计算出R0Ni后，调试组件中的镍丝(8)使其在0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤6：在安装座(5)的凹槽上绕制锰铜丝(9)，根据RMn＝R0-R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝(9)使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝(9)一端在安装座(5)的缺口处与镍丝(8)焊接，另一端穿过安装座(5)的缺口后与另一个接线柱(7)焊接固定；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0；为稳定精度，将步骤6获得的绕丝组件进行-55℃～180℃的温度循环处理，共进行5个循环，在每个循环的-55℃和180℃上各保持1小时；在绕有镍丝(8)和锰铜丝(9)的骨架(3)表面涂一层绝缘涂料并固化，以获得所述的外绕簧式镍电阻敏感元件。
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2017
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